推新出好|Melexis 推出新款高速電感式電機(jī)位置解碼器 可在高速條件下帶來出色精度

 

Melexis 推出新款高速電感式電機(jī)位置解碼器，助力簡(jiǎn)化汽車電氣化系統(tǒng)

 

采用創(chuàng)新架構(gòu)，內(nèi)置偏移和傳播延遲補(bǔ)償，可在高達(dá) 240,000 e-rpm 的速度下提供準(zhǔn)確的抗雜散場(chǎng)位置感應(yīng)

 

2021 年 12 月 17 日，比利時(shí)泰森德洛 - 全球微電子工程公司 Melexis 今日宣布，推出全新抗雜散場(chǎng)電感式芯片 MLX90510。這款高速位置解碼器在極端機(jī)械和電氣條件下，可以最大限度地減少電子控制單元（ECU）所需的工作，并獲得最佳的精度。MLX90510 具備卓越的電磁兼容性（EMC），非常適合電機(jī)控制、電子制動(dòng)助力器和電子助力轉(zhuǎn)向應(yīng)用。

 

MLX90510 是 Melexis 的首款面向開放市場(chǎng)的電感式傳感器芯片。這款芯片可在高達(dá) 240,000 e-rpm 的速度條件下帶來低于 +/-0.36° 的出色精度。MLX90510 專為高精度、電磁兼容（EMC）和安全要求的高速傳感應(yīng)用而設(shè)計(jì)，主要用于電機(jī)（e-axle）、電子制動(dòng)助力器和電子助力轉(zhuǎn)向應(yīng)用。

 

“高效的電動(dòng)動(dòng)力總成通常要求定子電源電流與轉(zhuǎn)子位置保持同步，以實(shí)現(xiàn)最佳效率和扭矩特性控制。”Melexis 電感式傳感器產(chǎn)品經(jīng)理 Lorenzo Lugani 表示。“得益于 MLX90510 的數(shù)字架構(gòu)和堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)，汽車工程師能夠充分利用這款芯片穩(wěn)健的電磁兼容（EMC）性能，盡可能地降低電子控制單元（ECU）的工作量，從而降低模塊成本。”

 

MLX90510 提供差分正弦和余弦模擬輸出，并基于數(shù)字架構(gòu)。其中包含 Melexis 專利的跟蹤環(huán)技術(shù)。這種創(chuàng)新架構(gòu)帶來了諸多優(yōu)勢(shì)：

- 系統(tǒng)傳播延遲經(jīng)校準(zhǔn)變?yōu)?0ns，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的殘余變化最大 +/-120ns。

- 可在芯片內(nèi)執(zhí)行輸入偏移補(bǔ)償和零輸出角位置調(diào)整，降低 ECU 的工作量。

- 基于三相的線圈設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)化線性度的優(yōu)化。

- 輸入與輸出之間彼此去耦，可實(shí)現(xiàn)前所未有的 EMC 性能，同時(shí)保證穩(wěn)定輸出幅值（不受氣隙相關(guān)輸入信號(hào)強(qiáng)度的影響）。

- 可校準(zhǔn)線性化功能（具有多達(dá) 16 個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)）處理極具挑戰(zhàn)性的傳感器模式（如軸側(cè)）下的非線性問題。

 

MLX90510 與一組基于 PCB 的線圈結(jié)合使用，這些線圈采用可擴(kuò)展設(shè)計(jì)，能夠輕松適應(yīng)電機(jī)不同的極對(duì)數(shù)。這款芯片支持軸上（軸端）和軸外（軸側(cè)或軸通）應(yīng)用的多種感應(yīng)模式，可最大限度提高電感式線圈設(shè)計(jì)的靈活性，輕松應(yīng)對(duì)極為苛刻的機(jī)械約束。MLX90510 具有過壓和反極性保護(hù)（電源為 +/-24V，輸出為 +/-18V），在應(yīng)對(duì)電氣挑戰(zhàn)時(shí)表現(xiàn)極為穩(wěn)健。此外，這款傳感器符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)，可在 -40℃ 至 +160℃ 的擴(kuò)展級(jí)溫度范圍內(nèi)工作。MLX90510 完全符合 ISO 26262 ASIL-C 功能安全準(zhǔn)則，支持高達(dá) ASIL-D 的系統(tǒng)級(jí)集成。

 

MLX90510 采用 RoHS TSSOP-16 封裝，可應(yīng)要求提供樣片。

 

關(guān)于邁來芯公司

Melexis 將對(duì)技術(shù)的無限熱忱與靈感迸發(fā)的工程設(shè)計(jì)創(chuàng)想融于一體，致力于設(shè)計(jì)、開發(fā)、提供創(chuàng)新型微電子解決方案，幫助設(shè)計(jì)人員將設(shè)想順利轉(zhuǎn)化為完美契合未來需求的理想應(yīng)用。Melexis 擁有先進(jìn)的混合信號(hào)半導(dǎo)體傳感器和執(zhí)行器元件，能夠解決新一代產(chǎn)品及系統(tǒng)在集成感應(yīng)、驅(qū)動(dòng)和通信元件時(shí)遇到的種種挑戰(zhàn)，不僅有助于增強(qiáng)產(chǎn)品與系統(tǒng)的安全性，提高效率，還有利于促進(jìn)可持續(xù)性發(fā)展，提升使用便捷性。

Melexis 是汽車半導(dǎo)體傳感器的全球領(lǐng)導(dǎo)者，目前全球生產(chǎn)的每輛新車平均搭載13顆我們的芯片。Melexis充分利用在汽車電子元件的核心經(jīng)驗(yàn)，積極擴(kuò)展傳感器和驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)品組合，并滿足在智能家電、智能家居、工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用等市場(chǎng)的廣泛需求。Melexis 的傳感解決方案包括磁傳感器、MEMS 傳感器（壓力、TPMS、紅外）、傳感器接口芯片、光電子單點(diǎn)和線性陣列傳感器以及飛行時(shí)間技術(shù)。Melexis 的驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)品系列包括先進(jìn)的直流和無刷直流電機(jī)控制芯片、LED 驅(qū)動(dòng)芯片和 FET 預(yù)驅(qū)動(dòng)芯片。同時(shí)，Melexis 積累了豐富的專業(yè)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，確保元件之間可以清晰快速地進(jìn)行通信。

 

Melexis 總部位于比利時(shí)，在全球 18 座駐地?fù)碛?1500 余名員工。公司已經(jīng)在布魯塞爾泛歐交易所 （MELE）上市。

 

 

 

動(dòng)感電感式傳感器：廣泛應(yīng)用于各種工程物理量檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中

 

電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置。利用電感式傳感器，能對(duì)位移、壓力、振動(dòng)、應(yīng)變、流量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)及測(cè)量精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。它的主要缺點(diǎn)是響應(yīng)較慢，不宜于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量，而且傳感器的分辨率與測(cè)量范圍有關(guān)，測(cè)量范圍大，分辨率低，反之則高。

電感式傳感器利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、 振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化, 再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出。

電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 工作可靠, 測(cè)量精度高, 零點(diǎn)穩(wěn)定, 輸出功率較大等一系列優(yōu)點(diǎn), 其主要缺點(diǎn)是靈敏度、線性度和測(cè)量范圍相互制約, 傳感器自身頻率響應(yīng)低, 不適用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。

電感式傳感器種類很多，常見的有自感式傳感器，互感式傳感器和電渦流式傳感器三種。

 

電感式傳感器的工作原理

電感式傳感器的工作原理是電磁感應(yīng)。它是把被測(cè)量如位移等，轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置。按照轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為自感式(包括可變磁阻式與渦流式)和互感式(差動(dòng)變壓器式)兩種[2]。

當(dāng)一個(gè)線圈中電流i變化時(shí)，該電流產(chǎn)生的磁通Φ也隨之變化，因而在線圈本身產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e，這種現(xiàn)象稱之為自感。產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)稱為自感電勢(shì)。變磁阻式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。

特點(diǎn)：變磁阻式傳感器具有很高的靈敏度，這樣對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大倍數(shù)要求低。但是受氣隙δ寬度的影響，該類傳感器的測(cè)量范圍很小。

可變磁阻式傳感器自感

自感L與氣隙δ成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面積S0成正比。

靈敏度S與氣隙長(zhǎng)度δ的平方成反比，δ愈小，靈敏度S愈高。為了減小非線性誤差，在實(shí)際應(yīng)用中，一般取。這種傳感器適用于較小位移的測(cè)量，一般約為0.001～1 mm。

差動(dòng)變壓器式傳感器

互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化。由于常采用兩個(gè)次級(jí)線圈組成差動(dòng)式，故又稱差動(dòng)變壓器式傳感器。

差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的電壓是交流量，如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應(yīng)鐵芯位移的大小，而不能反應(yīng)移動(dòng)的極性;同時(shí)，交流電壓輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓，使活動(dòng)銜鐵位于中間位置時(shí)，輸出也不為零。因此，差動(dòng)變壓器式傳感器的后接電路應(yīng)采用既能反應(yīng)鐵芯位移極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路。

把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，故稱差動(dòng)變壓器式傳感器。差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等。

金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中旋渦一樣在導(dǎo)體轉(zhuǎn)圈，這種現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。 根據(jù)法拉第定律，當(dāng)傳感器線圈通以正弦交變電流I1時(shí)，線圈周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng)H1，使置于此磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流I2，I2又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)H2。

 

裝置分類

電感式傳感器分為 3 種類型：改變氣隙厚度 δ 的自感傳感 器，即變間隙式電感傳感;改變氣隙截面 S 的自感傳感器，即 變截面式電感傳感器;同時(shí)改變氣隙厚度 δ 和氣隙截面 S 的自 感傳感器，即螺管式電感傳感器。

變間隙型電感傳感器

這種傳感器的氣隙 δ 隨被測(cè)量的變 化而改變，從而改變磁阻。 它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增 大而減小，因此常常要考慮兩者兼顧. δ 一般取在 0. 1 ～ 0. 5 毫 米之間。

改變面積型電感傳感器

這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的 相對(duì)覆蓋面積( 即磁通截面) 隨被測(cè)量的變化而改變，從而改 變磁阻. 它的靈敏度為常數(shù)，線性度也很好。 螺管插鐵型電感傳感器。 它由螺管線圈和與被測(cè)物體相連 的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻 的變化。 銜鐵隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)改變了線圈的電感量。這種傳 感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作。

螺管插鐵型電感傳感器

它由螺管線圈和與被測(cè)物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作。

傳感器作為采集和獲取信息的工具，對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化檢測(cè)和質(zhì)量監(jiān)測(cè)起著重要作用。電感式傳感器是一種互感式電感傳感器，它可將微小的機(jī)械量，如位移、振動(dòng)、壓力造成的長(zhǎng)度、內(nèi)徑、外徑、不平行度、不垂直度、偏心、橢圓度等非電量物理量的幾何變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的微小變化，轉(zhuǎn)化為電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，是一種靈敏度較高的傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、輸出功率大、抗阻抗能力強(qiáng)、對(duì)工作環(huán)境要求不高、穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于各種工程物理量檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中[3]。

比如:用電感式位移傳感器提高軸承制造的精度;用電感測(cè)微儀測(cè)量微小精密尺寸的變化;實(shí)現(xiàn)液壓閥開口位置的精準(zhǔn)測(cè)量;用于設(shè)計(jì)智能紡織品的柔性傳感器;用電感傳感器原理的孔徑錐度誤差測(cè)量?jī)x;用電感傳感器檢測(cè)潤(rùn)滑油中磨粒;用電感傳感器監(jiān)測(cè)吊具導(dǎo)向輪等等[4]。

電感傳感器還可用作磁敏速度開關(guān)、齒輪齡條測(cè)速等，該類傳感器廣泛應(yīng)用于紡織、化纖、機(jī)床、機(jī)械、冶金、機(jī)車汽車等行業(yè)的鏈輪齒速度檢測(cè)，鏈 輸送帶的速度和距離檢測(cè)，齒輪齡計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)速表及汽車防護(hù)系統(tǒng)的控制等。另外該類傳感器還可用在給料管系統(tǒng)中小物體檢測(cè)、物體噴出控制、斷線監(jiān)測(cè)、小零件區(qū) 分、厚度檢測(cè)和位置控制等。

電感式位移傳感器利用導(dǎo)線制成特定的線圈繞組，根據(jù)其位移量的變化而使繞組線圈的白感量或是互感量發(fā)生變化來進(jìn)行位移測(cè)量，因此根據(jù)其轉(zhuǎn)換原理電感式位移傳感器可分為自感型和互感型兩大類。

電感式位移傳感器是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)科科學(xué)技術(shù)上，尤其是在白動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)械加工與測(cè)量行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛[5]。

 

電感式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是：

(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠;

(2) 靈敏度高，最高分辨力達(dá)0.1μm ;

(3) 測(cè)量精確度高，輸出線性度可達(dá)±0.1% ;

(4) 輸出功率較大，在某些情況下可不經(jīng)放大，直接接二次儀表。

其缺點(diǎn)是：

(1) 傳感器本身的頻率響應(yīng)不高，不適于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量;

(2) 對(duì)激磁電源的頻率和幅度的穩(wěn)定度要求較高;

(3) 傳感器分辨力與測(cè)量范圍有關(guān)，測(cè)量范圍大，分辨力低，反之則高。